-
Die
Erfindung betrifft einen Einschubrahmen für einen Leistungsschalter mit
zumindest einer Aufnahme (insbesondere in einer Wand) für eine von
einem Leistungsschalter wegragende Stromschiene und mit (in oder
an der Wand angeordneten) Mitteln zum kraftschlüssigen Kontaktieren der Stromschiene.
-
Derartige
Einschubrahmen werden in Schaltanlagen verwendet, wobei die Schaltanlagen üblicherweise
eine Mehrzahl derartiger Einschubrahmen, jeweils für einen
Leistungsschalter, aufweisen.
-
Die
Einschubrahmen sind fest in der Schaltanlage montiert, und der Leistungsschalter
ist jeweils einschiebbar.
-
Das
Problem, um das es vorliegend geht, betrifft die Stabilität der Anordnung
eines Leistungsschalters in seinem Einschubrahmen. Insbesondere bei
Leistungsschaltern mit hohem Kurzschlussausschaltvermögen tritt
aufgrund der Schleifenwirkung der Strombahn des Leistungsschalters
bzw. der Schaltanlage eine Kraft auf, die auf den Leistungsschalter
wirkt. Diese Kraft ist derart gerichtet, dass der Leistungsschalter
aus seinem Einschubrahmen gedrängt
wird. Insbesondere bei hohen fließenden Strömen (Kurzschlussströmen größer als
100000 A) treten erhebliche auf den Leistungsschalter wirkende Kräfte auf.
Ist nun der Leistungsschalter nicht exakt in der Wirklinie einer
solchen Kraft in seinem Einschubrahmen fixiert, kann es durch Hebelwirkung
zu einer Drehmomentbeaufschlagung des Leistungsschalters kommen,
so dass dieser eine Kippbewegung erfährt, die zu einer Relativbewegung
zwischen der schalterseitigen Stromschiene und den Mitteln zum kraft schlüssigen Kontaktieren
der Stromschiene führt, welche üblicherweise
als Kontaktlamellen (zum Beispiel aus Kupfer) ausgebildet sind.
Diese Relativbewegung kann bis zu einer Trennung der Stromschiene
von den Kontaktlamellen, d. h. zur Aufhebung der kraftschlüssigen Kontaktierung,
führen,
so dass eine Lichtbogenbildung nicht auszuschließen ist. Infolge der großen fließenden Ströme wäre hiermit
eine Zerstörung
des Leistungsschalters und der Schaltanlage verbunden.
-
In
der
DE 10 2004
059 095 A1 ist eine Schaltvorrichtung mit Einschubrahmen
und verriegelbarem Leistungsschalter beschrieben, bei der bewusst
ein Verkippen des Leistungsschalters in beschränkter Weise zugelassen ist,
wobei beim Verkippen eine an dem Leistungsschalter befestigten Komponente
in eine an dem Einschubrahmen befestigten Komponente eingreift.
-
Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen Einschubrahmen der eingangs genannten
Art weiter zu verbessern und die Lösung des Problems einer möglichen
Verkippung des Leistungsschalters in dem Einschubrahmen zu optimieren.
-
Die
Aufgabe wird dadurch gelöst,
dass der Einschubrahmen ein (insbesondere außerhalb der Wand befindliches)
Element zum Abstützen
einer in die Aufnahme geschobenen Stromschiene bei auf dem Leistungsschalter
wirkendem Drehmoment umfasst, wobei sich das Element zum Abstützen bis
zu der Aufnahme erstreckt (zum Beispiel von einem Rand der Wand
aus, an dem es befestigt ist).
-
Durch
das Bereitstellen dieses Elements (insbesondere zusätzlich zur
eigentlichen Wand) kann wirksam im Bereich genau derjenigen Stelle,
an der bei einer Verkippung des Leistungsschalters Probleme auftreten,
nämlich
im Bereich der Mittel zum kraftschlüssigen Kontaktieren bzw. genauer
gesagt im Be reich der so kontaktierten Stromschiene praktisch vollständig verhindert
werden, dass sich Störkräfte auswirken
und insbesondere den gesamten Leistungsschalter verkippen.
-
Naturgemäß hängt die
Feinabstimmung beim Platzieren des Elements zum Abstützen von dem
verwendeten Leistungsschalter ab. Einschubrahmen und Leistungsschalter
müssen
genau zusammenpassen. Üblicherweise
umfasst ein Einschubrahmen Führungsmittel
zum Führen
eines Leistungsschalters beim Verbringen in eine Endstellung, wobei
die Endstellung diejenige Stellung ist, in der eine von dem Leistungsschalter
wegragende Stromschiene in die Aufnahme geschoben ist (und dort
mittels der Mittel zum kraftschlüssigen
Kontaktieren kontaktiert ist). Die Führungsmittel sollen dann zu
einem Leistungsschalter vorgegebener Bauart die Endstellung so festlegen,
dass in der Endstellung die in die Aufnahme geschobene Stromschiene
das Element zum Abstützen
genau (also ohne Kräfte
auf dieses auszuüben)
berührt.
Alternativ kann auch ein geringes Spiel vorgesehen sein. Dieses
Spiel sollte naturgemäß nach oben
begrenzt sein, und zwar sollte das Spiel derart vorgegeben sein,
dass der kraftschlüssige
Kontakt zur Stromschiene bei einer Drehung des Leistungsschalters
nicht aufgehoben wird (nämlich
insbesondere nicht aufgehoben wird, bevor die Stromschiene das Element
zum Abstützen
berührt:
Die weitere Drehung wird dann nämlich
durch das Element zum Abstützen
unterbunden, so dass der kraftschlüssige Kontakt nie aufgehoben
wird, was ja auch das Ziel darstellt). Im Falle, dass die Mittel zum
kraftschlüssigen
Kontaktieren Kontaktlamellen aus Kupfer sind, die federabgestützt sind,
legen die Federn und die im eingefahrenen Zustand entstandene Lamellenüberdeckung
an den Anschlussschienen den Weg fest, um den die Stromschiene verschoben werden
kann, ohne dass der Kraftschluss aufgehoben wird, und dieser Weg
wiederum bestimmt dann das maximale Spiel.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
sind die Führungsmittel
so ausgebildet, dass sich beim Verbringen in die Endstellung vor
Erreichen der Endstellung die Stromschiene an das Element zum Abstützen annähert. Dadurch
wird verhindert, dass, möglicherweise
auch versehentlich, durch die Stromschiene das Element zum Abstützen während des Einschiebens
des Leistungsschalters in den Einschubrahmen berührt wird und das Element zum
Abstützen
dabei Scherkräfte
erfährt
und so brechen könnte.
Durch geeignete Ausbildung der Führungsmittel
kann andererseits gewährleistet
werden, dass das Annähern
in optimierter Weise bewirkt, dass die Stromschiene möglichst
nah an dem Element zum Abstützen
angeordnet ist, d. h. dieses genau berührt oder ein nur geringes Spiel
hat.
-
Üblicherweise
umfassen die Führungsmittel ein
Führungsschienenpaar.
Auf jeder Führungsschiene
ist eine Rollfläche
ausgebildet, auf der Rollen des Leistungsschalters abrollen können. Es
ist dann bevorzugt so, dass die Führungsschienen jeweils eine von
einer geraden Linie abweichende Konturlinie der Rollfläche aufweisen.
Insbesondere kann ein Zwischenbereich der Führungsschiene, auf dem die
Rollen abrollen, während
der Leistungsschalter gerade in den Einschubrahmen geschoben wird,
gegenüber dem übrigen Bereich
vertieft sein, wodurch die Stromschiene relativ weit weg von dem
Element zum Abstützen
geführt
wird, und am Ende der Vertiefung rollen die Rollen dann wieder nach
oben, der gesamte Leistungsschalter bewegt sich nach oben, und damit
auch die Stromschiene, und diese nähert sich in der genannten
bevorzugten Art dann möglichst
nah an das Element zum Abstützen
an.
-
Das
Element zum Abstützen
sollte grundsätzlich
aus isolierendem Material bestehen, weil die Stromschiene stromführend ist.
Gleichzeitig sollte es nicht elastisch sein. Am ein fachsten wird
es aus einem Kunststoff hergestellt. Ein Material der Wahl hierfür ist Duroplast®.
-
Die
Erfindung wird auch durch eine Schaltanlage mit einem erfindungsgemäßen Einschubrahmen,
insbesondere auch mit einem in dem Einschubrahmen eingeschobenen
Leistungsschalter, verwirklicht.
-
Nachfolgend
wird eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobei
-
1 eine
teilweise aufgebrochene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Einschubrahmens mit
darin befindlichem Leistungsschalter ist,
-
2 bis 4 Ausschnitte
aus Querschnittansichten eines erfindungsgemäßen Einschubrahmens mit einem
Leistungsschalter für
verschiedene Stadien des Verbringens des Leistungsschalters in eine
Endstellung sind.
-
1 zeigt
einen im Ganzen mit 10 bezeichneten Einschubrahmen und
einen mit 12 bezeichneten Leistungsschalter, der in den
Einschubrahmen 10 eingeschoben ist, und zwar vorliegend
in einer Endstellung.
-
Die
Hauptteile des Einschubrahmens 10 sind eine Rückwand 14 sowie
eine untere Schiene 16 und eine obere Schiene 18,
jeweils zu beiden Seiten des Leistungsschalters 12, als
Führungsmittel
für Rollen 20 des
Leistungsschalters 12.
-
In
der Wand 14 erfolgt eine Kontaktierung: Es sind dort mehrere
Stromschienen angeordnet, in die ein Strom hineinfließt sowie
genau so viele Stromschienen, aus denen ein Strom her ausfließt. Zu sehen
ist eine Stromschiene 22 in der Wand 14 (oben
angeordnet) sowie eine zweite Stromschiene 24 (unten angeordnet).
Vorliegend interessiert vor allem der Bereich um die Stromschiene 22.
In der Wand 14 sind so genannte Lamellenkontakte 26 aus Kupfer
angeordnet, die federbeaufschlagt sind. Der Leistungsschalter 12 umfasst
nun passend zur Stromschiene 22 eine Stromschiene 28,
welche in eine in der Wand gebildete Aufnahme 30 (definiert durch
eine Öffnung
in einer die Wand begrenzenden Platte 32 oder auch durch
den Abstand der Lamellenkontakte 26) eingreift. Die Lamellenkontakte 26 bewirken
aufgrund ihrer Federbeaufschlagung ein kraftschlüssiges Kontaktieren der Stromschiene 28 sowie gleichzeitig
der Stromschiene 22, so dass der Strom von der Stromschiene 22 zur
Stromschiene 28 bzw. umgekehrt fließen kann. Eine analoge Kontaktierung erfolgt
im unteren Bereich der Wand 14 an der Stromschiene 24 (nicht
gezeigt). Auf den Leistungsschalter können nun starke Kräfte wirken:
Bei einem hohen Kurzschlussstrom IK, der
beispielsweise bis zu 150000 A und größer erreichen kann, wird eine
starke Magnetkraft Fmagk dadurch erzeugt,
dass der Strom in dem Leistungsschalter 12 in einer Schleife fließt. Diese
Kraft drängt
den Leistungsschalter aus seiner festen Stellung heraus. Nun ist
der Leistungsschalter 12 (gegebenenfalls unter anderem)
mit einem Element 34 an dem Einschubrahmen 10 abgestützt, insbesondere
an einem an der Schiene 16 angestückten plattenförmigen Element 36.
Die Kraft Fstütz wirkt
in entgegengesetzter Richtung wie die Kraft Fmagk,
setzt aber an einem anderen Punkt an, nämlich am Element 34.
Dadurch wird auf den Leistungsschalter 12 ein Drehmoment
ausgeübt
(vergleiche Pfeil 38). Dies würde ohne weitere Maßnahmen bewirken,
dass die Stromschiene 28 gegen den oberen Lamellenkontakt 26 gedrückt wird
und gegebenenfalls den Kontakt zu dem unteren Lamellenkontakt 26 verliert.
In diesem Bereich können
sich Lichtbögen
ausbilden, die schädlich
für den
Leis tungsschalter (wenn nicht auch für den Einschubrahmen selbst)
und die Schaltanlage sind.
-
Eine
Verkippung des Leistungsschalters 12 wird durch ein erfindungsgemäß bereitgestelltes
Element 40 zum Abstützen
unterbunden. Das Element 40 umfasst einen Grundkörper 42,
der an der Wand 14 oben befestigt ist, d. h. auf einer
die Wandvorderseite mit der Wandrückseite verbindenden Platte 44. Von
dem Grundkörper 42 steht
die eigentliche Abstützung 46 weg,
die vorliegend als Finger ausgebildet sein kann, der sich bis zu
der Aufnahme 30 und somit bis zur Stromschiene 28 erstreckt.
Es sei darauf hingewiesen, dass 1 ja nur
ein Paar von Stromschienen 22 und 28 zeigt, während üblicherweise
drei bis vier solcher Paare vorgesehen sind, nämlich nebeneinander im Einschubrahmen,
was in 1 einer Anordnung hintereinander entspricht. Anstelle
des Fingers 46 könnte
auch eine Platte vorgesehen sein, welche sämtliche Stromschienen, die aus
dem Leistungsschalter 12 weg stehen, überbrückt, oder welche zumindest
ein Paar von Stromschienen überbrückt. Es
kann auch vorgesehen sein, dass eine Platte genau zwei Stromschienen überbrückt, eine
weitere Platte die zweite der Stromschienen und eine dritte überbrückt und
eine weitere Platte eine dritte der Stromschienen und eine vierte überbrückt.
-
Das
Element 40 zum Abstützen
ist aus hartem Kunststoffmaterial, zum Beispiel aus Duroplast®, hergestellt
und somit unelastisch. Der durch das Drehmoment (vergleiche Pfeil 38)
wirkenden Kraft steht eine durch die Abstützung ausgeübte Kraft F entgegen (siehe 1).
Mit anderen Worten bewirkt das Element zum Abstützen, dass sich die Stromschiene 28 nicht
frei verkippen kann. Der Finger 46 ist so nah an die Stromschiene 28 herangeführt, dass er
diese berührt
oder ein nur so geringes Spiel hat, dass eine mögliche Drehung der Stromschiene 28 so gering
ist, dass der Kraftschluss durch die Lamellenkontakte 26 nicht
aufgehoben wird: Die Lamellenkontakte haben einen Verfahrweg, der
durch die Federabstützung
definiert ist, und das Spiel sollte typischerweise kleiner als der
Verfahrweg sein.
-
Das
Erfordernis des Bereitstellens eines möglichst kleinen Spiels zwischen
dem Element 40 zum Abstützen,
insbesondere dem Finger 46, und der Stromschiene 28 steht
im Widerspruch zu der Tatsache, dass die Stromschiene 28 zunächst in
die Aufnahme 30 hineingeschoben werden muss, wenn das Element 40 zum
Abstützen
bereits vorhanden ist. Es ist zu vermeiden, dass die Stromschiene 28 beim Einschieben
des Leistungsschalters 12 in den Einschubrahmen 10,
während
also die Rollen 20 längs der
Schiene 16 rollen, an den Finger 46 stößt und diesen
seitlich bewegt und dadurch möglicherweise beschädigt.
-
Ein
unkompliziertes Einschieben des Leistungsschalters 12 ist
dadurch ermöglicht,
dass die Kontur der Schiene 16, insbesondere die Kontur 48 der
Rollfläche, über die
die Rollen 20 abrollen, eine besondere Formgebung erhält. Die
Kontur 48 weist drei Abschnitte auf, nämlich einen ersten Abschnitt 50,
einen Zwischenabschnitt 52 und einen Endabschnitt 54. 2 zeigt
den Leistungsschalter 12 mit auf dem ersten Abschnitt 50 befindlicher
Rolle, 3 den Leistungsschalter 12 mit auf dem
Zwischenabschnitt 52 befindlicher Rolle und 4 den Leistungsschalter 12 mit
auf dem Endabschnitt 54 befindlicher Rolle.
-
Wie 2 zu
entnehmen ist, erreicht die Stromschiene 28 noch nicht
den Finger 46, solange die Rolle 20 auf dem ersten
Abschnitt 50 der Kontur 48 befindlich ist. Ein
mögliches
Spiel zwischen einer Oberfläche 56 der
Stromschiene 28 und einer Stützfläche 58 an dem Finger 46 kann
positives Spiel oder ne gatives Spiel sein, sich zum Beispiel zwischen –0,5 und
+0,5 mm bewegen. Dieses Spiel ist de facto unerheblich. Der Zwischenabschnitt 52 der
Kontur 48 sollte nun gewährleisten, dass die Stromschiene 28 an
dem Finger 46 genau vorbeigeführt wird: Das Spiel zwischen
den Flächen 56 und 58 sollte
ausreichend sein, dass die Stromschiene 28 den Finger 46 nicht
berührt,
zum Beispiel 0,5 mm betragen. Dies wird dadurch verwirklicht, dass
der Zwischenabschnitt 52 etwas tiefer liegt als der erste
Abschnitt 50, dass also bereits diesbezüglich von einer geraden Linie
der Kontur 48 abgewichen wird. Unmittelbar vor Erreichen
der Endstellung, die in 4 gezeigt ist, soll nun das
Spiel zwischen den Flächen 56 und 58 verkleinert
werden, damit die Stromschiene 28 möglichst gut abgestützt ist
und sich bei einem Drehmoment (vergleiche Pfeil 38 in 1),
das auf den Leistungsschalter wirkt, möglichst wenig verdreht. Die Stromschiene 28 soll
hierbei nicht weiter als über
den Weg x bewegt werden. Dies wird dadurch ermöglicht, dass der Endabschnitt 54 der
Kontur 48 wieder etwas höher liegt als der Abschnitt 52,
zum Beispiel auch dieselbe Höhe
erreicht wie der Abschnitt 50. Auch hier wird von einer
geraden Linie der Kontur 48 abgewichen. In 4 ist
veranschaulicht, dass das Spiel in der Endstellung genau 0 mm beträgt, dass
die Stromschiene 28 also weder eine Kraft auf den Finger 46 ausübt noch
von ihm beabstandet ist, sondern ihn exakt ohne Krafteinwirkung
berührt.
Der Fall, dass das Spiel 0 mm aufweist, ist der Idealfall, bei dem
jegliche Drehung des Leistungsschalters 12 unterbunden
ist. Soll von dem Idealfall abgewichen werden, ist ein positives
Spiel bevorzugt, wobei dieses nicht kleiner sein sollte als der
Verfahrweg der Lamellenkontakte 26 gegen die Kraft der
Federn.
-
Die
Kontaktstelle zwischen den Lamellenkontakten 26 und der
Stromschiene 28 ist die besonders empfindliche Stelle,
an der Störungen
durch ein auf den Leistungsschalter 12 ausgeübtes Drehmoment
besonders stark wirken, zum Beispiel dadurch, dass ein Lichtbogen
entsteht. Dadurch, dass direkt an diesem Bereich angegriffen wird,
nämlich
mithilfe des Elements 40 zum Abstützen, dessen Finger 46 sich
genau bis zur Stromschiene 28 erstreckt, wenn diese in
der Endstellung befindlich ist, kann besonders effektiv den Störkräften entgegengesetzt
werden.
-
- 10
- Einschubrahmen
- 12
- Leistungsschalter
- 14
- Rückwand
- 16
- untere
Schiene
- 18
- obere
Schiene
- 20
- Rollen
des Leistungsschalters
- 22
- erste
Stromschiene
- 24
- zweite
Stromschiene
- 26
- Lamellenkontakte
- 28
- Stromschiene
des Leistungsschalters 12
- 30
- Aufnahme
- 32,
44
- Platten
- 34
- Element
am Leistungsschalter
- 36
- Element
an der unteren Schiene 16
- 38
- Pfeil
- 40
- Element
zum Abstützen
der Stromschiene 28
-
-
- 42
- Grundkörper
- 46
- Abstützung (Finger)
- 48
- Kontur
der Rollfläche
- 50
- erster
Abschnitt der Kontur 48
- 52
- Zwischenabschnitt
der Kontur 48
- 54
- Endabschnitt
der Kontur 48
- 56
- Oberfläche der
Stromschiene 28
- 58
- Stützfläche am Finger 46